皖江經濟帶膨脹土基本性質試驗研究

何 洋 柯 然

(合肥工業大學資源與環境工程學院，安徽 合肥 230009)

1 概述

膨脹土作為我國致災性特殊土之一，分布廣泛。其礦物成分以蒙脫石和伊利石為主，具有吸水膨脹、失水收縮的脹縮特性，常常給當地的基礎建設和工程應用帶來巨大損失[1-4]。膨脹土作為皖江經濟帶致災性特殊土之一，廣泛分布于長江北岸，長江至巢湖之間以及環巢湖周邊的地區。皖江經濟帶膨脹土在舒城縣城、巢湖市區及和縣縣城以北的江淮波狀平原地區廣泛分布，在此以南的地區零星分布。膨脹土的脹縮性除定遠、鳳陽的部分地區為中等膨脹土外，其余地區均為弱膨脹土。

通過調查結果分析，研究區內膨脹土危害主要表現為對低層建筑物、公路、輸水干渠及湖岸帶等的破壞。

本文通過系統的室內試驗，重點研究了皖江經濟帶膨脹土的基本性質。

2 試驗材料與試驗方法

2.1 試驗材料

膨脹土取自皖江經濟帶各地區，共調查了456個膨脹土工程地質點，取樣200余，進行了系統的室內試驗。本文試驗結果為各地區平均試驗值或范圍值。

2.2 試驗方法

本文開展的試驗主要包括含水率、自由膨脹率、界限含水率、顆粒分析等。主要依據《公路土工試驗規程》進行。其中，顆粒分析試驗采用激光粒度分析儀進行[4,5]。

3 試驗結果與分析

3.1 天然含水率

天然含水率是膨脹土重要的物理性質指標，其大小可以預示膨脹土脹縮趨勢。試驗測量場地的天然含水率，對確定場地膨脹程度具有重要的參考意義。研究區內膨脹土的天然含水率試驗結果如表1所示。

表1 天然含水率實驗結果

從表1可以看出，皖江經濟帶膨脹土的含水率多在20%～30%之間，受取樣時天氣的影響很大。

3.2 自由膨脹率

自由膨脹率是反映粘土脹縮性的指標之一，其反映了粘土的顆粒成分、礦物成分、化學成分和交換陽離子能力等基本特征，用自由膨脹率來衡量膨脹率的脹縮性具有很強的可實施性，因為試驗操作簡單易行。研究區內自由膨脹率的試驗結果如表2所示。

表2 自由膨脹率試驗結果

從表2可以看出，皖江經濟帶膨脹土的自由膨脹率存在顯著的差異。其中定遠、肥西一帶膨脹土的自由膨脹率較大，有的達到70%以上，屬于中等膨脹土；其余地區膨脹土的膨脹性較弱，但肥東、鳳陽、來安、明光一帶膨脹土的自由膨脹率最大值在50%以上，相對較強。

3.3 界限含水率

膨脹土的界限含水率是粘土礦物與水相互作用的表現，膨脹土一般具有高液限、高塑性指數的特性。研究區內膨脹土界限含水率如表3所示。

表3 膨脹土界限含水率試驗結果

界限含水率的結果與自由膨脹率的結果是一致的，具有較好的對應關系。自由膨脹率大的，其液限值和塑限值往往也比較大。這是由于膨脹土的膨脹性與液塑限指標均受其粘土礦物組成與含量的控制。

3.4 顆粒分布

膨脹土的脹縮性主要是土中粘粒(粒徑小于0.002 mm)成分與水的相互作用的表現，粘粒含量越高，土的脹縮性越大。研究區內膨脹土顆粒分析試驗結果如表4所示。

表4 膨脹土顆粒分析試驗結果

顆粒分析試驗結果與自由膨脹率試驗、液塑限試驗結果也存在很好的對應關系。粘粒含量高的膨脹土，其液限值、塑限值往往也越大，自由膨脹率也越高。

4 結語

本文通過對皖江經濟帶典型膨脹土的系統試驗研究，掌握了皖江經濟帶不同地區膨脹土的基本性質，各指標間具有良好的對應關系。其中，定遠、肥西一帶膨脹土膨脹性較強，肥東、合肥、鳳陽、來安、明光一帶膨脹土的膨脹性次之，天長、廬江地區的膨脹土的膨脹性更弱。本文研究結果可為該地區膨脹土的勘查、處治等提供一定的參考作用。